水產(chǎn)養(yǎng)殖投餌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀分析

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摘要：隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)投餌機(jī)在國內(nèi)外都獲得了廣泛的應(yīng)用。我國投餌機(jī)對(duì)比國外先進(jìn)投餌裝置在系統(tǒng)化、自動(dòng)化、精確度等方面仍有所欠缺。本文針對(duì)我國投餌機(jī)的發(fā)展歷程，并圍繞投餌機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)投餌機(jī)發(fā)展進(jìn)行介紹，同時(shí)列舉國內(nèi)外的新型投餌機(jī)研究成果，借此展望投餌機(jī)在未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：投餌機(jī)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；自動(dòng)投飼；智能控制

改革開放以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，人工投飼的不足逐漸凸顯出來，例如工作量大、效率低、拋撒不均勻，而且受人體力、環(huán)境、天氣等因素影響大等。這些因素影響?zhàn)B殖對(duì)象的正常生長(zhǎng)，增加了養(yǎng)殖成本［1］。因此，大力推廣自動(dòng)投餌機(jī)的使用是解放養(yǎng)殖者勞動(dòng)力、節(jié)省時(shí)間、減少飼料浪費(fèi)、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。國內(nèi)投餌機(jī)的研發(fā)始于上世紀(jì)80年代，隨即被投入使用［2］。到90年代中期以后，養(yǎng)殖戶逐漸認(rèn)識(shí)到使用魚塘投餌機(jī)可以提高飼料利用率，產(chǎn)銷量才開始大幅度提高。當(dāng)前國內(nèi)大部分的投餌機(jī)智能化程度較低，主要是以機(jī)械化取代人工投飼。相對(duì)而言，國外在自動(dòng)投飼領(lǐng)域發(fā)展水平較高，許多國家都有較為完善的智能化投飼系統(tǒng)［3－6］，自動(dòng)投餌機(jī)作為系統(tǒng)中的一個(gè)單元，受中央控制系統(tǒng)操控，基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、精確化、智能化，如圖1所示。

1我國投餌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國水產(chǎn)行業(yè)規(guī)模巨大，是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，可對(duì)比于國外的養(yǎng)殖設(shè)施水平，我國的水產(chǎn)行業(yè)發(fā)展卻相對(duì)滯后，自動(dòng)化程度較低，尤其體現(xiàn)在投飼方面。多年來，我國對(duì)于自動(dòng)投飼的研究從未止步，并取得一定的成果，成功研發(fā)了一些高端自動(dòng)投餌裝備，見圖2。21世紀(jì)初期，我國投餌機(jī)的年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到16萬臺(tái)，產(chǎn)量?jī)H次于增氧機(jī)。到如今，自動(dòng)投餌機(jī)在我國已被廣泛使用于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境、投料形式、動(dòng)力來源的不同可分為多種類型。在各類自動(dòng)投餌機(jī)中，以池塘投餌機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。首臺(tái)池塘自動(dòng)投餌機(jī)由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所在1978年研制成功［2］。我國大部分的池塘投餌機(jī)采用拋灑投喂，根據(jù)池塘大小，其拋撒范圍在10～50m2［7］，每臺(tái)使用的面積約0．33～1hm2［8］。池塘投餌機(jī)雖然初步做到定時(shí)定量，然而飼料拋灑不均勻，拋灑面積有限，無法做到精確投喂，不但會(huì)導(dǎo)致飼料浪費(fèi)和水質(zhì)污染還會(huì)對(duì)池塘內(nèi)養(yǎng)殖對(duì)象的平均長(zhǎng)速存在一定影響。對(duì)于其它養(yǎng)殖環(huán)境，還有網(wǎng)箱投餌機(jī)與室內(nèi)工廠化投餌機(jī)等類型的自動(dòng)投餌機(jī)。網(wǎng)箱投餌機(jī)又根據(jù)網(wǎng)箱使用狀況的不同分為水面網(wǎng)箱投餌機(jī)與深水網(wǎng)箱投餌機(jī)，此類投餌機(jī)由河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院發(fā)明并申請(qǐng)專利［9］。網(wǎng)箱投餌機(jī)直接將飼料拋撒在25m2（長(zhǎng)5m×寬5m）的網(wǎng)箱水面中央，拋撒面積約在2．8～3．2m2［10］。養(yǎng)殖時(shí)，網(wǎng)箱周邊飼料會(huì)隨著水流涌出造成浪費(fèi)，因此網(wǎng)箱投餌機(jī)的投飼區(qū)域需位于網(wǎng)箱中央且投飼面積不能過大，安裝方式可選擇懸掛于網(wǎng)箱上方，但需考慮抗風(fēng)浪能力及穩(wěn)定性。室內(nèi)工廠化投餌機(jī)［11］一般用于用于工廠化養(yǎng)魚和溫室養(yǎng)魚，這種投餌機(jī)每次拋撒的飼料數(shù)量不多，但很均勻精確，一般拋撒面積在0．8～1．2m2。此類投餌機(jī)可以聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)化管理。其養(yǎng)殖成本較高，但可以實(shí)現(xiàn)精確投喂和魚類生長(zhǎng)狀況的實(shí)時(shí)反饋，這類智能投餌機(jī)是目前智能控制投飼系統(tǒng)的縮影。除了適用于不同養(yǎng)殖環(huán)境的自動(dòng)投餌機(jī)，還有采取不同投料方式的離心式投餌機(jī)、風(fēng)送式投餌機(jī)［12］、下落式投餌機(jī)，以及采用不同動(dòng)力源的電力投餌機(jī)［7］、太陽能投餌機(jī)［13］、內(nèi)燃機(jī)投餌機(jī)［7］等等。以上各種類型自動(dòng)投餌機(jī)均適應(yīng)不同的養(yǎng)殖環(huán)境與養(yǎng)殖對(duì)象，極大提高了養(yǎng)殖效率，但基本上都存在一定的缺陷，例如智能化程度低、精度不足、受天氣環(huán)境因素影響大、存在一定安全隱患等等。當(dāng)前自動(dòng)投餌機(jī)種類按照不同的分類方法分為多種類別，如圖3所示。對(duì)比于傳統(tǒng)的人工投飼，自動(dòng)投餌機(jī)在我國的使用已相對(duì)廣泛，解決了費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、勞動(dòng)強(qiáng)度大、浪費(fèi)飼料等諸多弊端，可仍存在許多問題。其中就包括安全隱患問題、拋投均勻性較差的問題以及智能化程度較低的問題［14］。圖3自動(dòng)投餌機(jī)分類投餌機(jī)的安全事故近年來頻繁發(fā)生，主要是由于投餌機(jī)機(jī)殼帶電，養(yǎng)殖戶觸電落水身亡［14］。投餌機(jī)長(zhǎng)期處于水上作業(yè)，容易受潮發(fā)生故障，工作環(huán)境不確定，經(jīng)常處于無遮蓋、條件惡劣的戶外工作環(huán)境。許多戶外的不確定因素，如雷擊、線路老化、鼠類啃食等，都會(huì)導(dǎo)致投餌機(jī)故障和漏電。故障的投餌機(jī)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)異常甚至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，部分養(yǎng)殖戶缺乏足夠的安全意識(shí)與用電知識(shí)，容易造成觸電。而投餌機(jī)長(zhǎng)期工作容易導(dǎo)致線路老化從而漏電，養(yǎng)殖戶下水進(jìn)行工作時(shí)也可能發(fā)生觸電。投餌機(jī)造成的觸電事故屢見不鮮，除了要求養(yǎng)殖戶具備足夠的安全意識(shí)和用電知識(shí)以外，還需要制造廠商進(jìn)行足夠的耐壓測(cè)試，保證投餌機(jī)的質(zhì)量與可靠性。從未來的投餌機(jī)研究趨勢(shì)來看，應(yīng)以提高投餌機(jī)的安全性，保障養(yǎng)殖人員的人身安全為前提。在2009年，我國漁業(yè)機(jī)器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心修訂了投餌機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，五家代表性投餌機(jī)制造企業(yè)被選中進(jìn)行了“拋投均勻性”實(shí)驗(yàn)。通過匯總結(jié)果得知，機(jī)械離心式投餌機(jī)的拋投均勻性普遍較差。究其原因是拋投盤的安裝角度不合理。因此，投餌機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)仔細(xì)校對(duì)拋投盤起始角度，并進(jìn)行“拋投均勻性”試驗(yàn)，選定適宜拋投角度，確保均勻性，實(shí)現(xiàn)飼料均勻分布［14］。目前的投餌機(jī)僅可以做到定時(shí)定量投飼，卻不能理想控制投飼速度和拋撒面積。養(yǎng)殖對(duì)象對(duì)飼料的需求量、長(zhǎng)速以及飼料的轉(zhuǎn)化率都是根據(jù)水溫、氧濃度、水流速度、光照強(qiáng)度和白晝長(zhǎng)度的改變而改變，同時(shí)也受飼料品質(zhì)與養(yǎng)殖對(duì)象的年齡、成熟度、性別、激素水平等生理因素影響［14］。傳統(tǒng)投飼機(jī)的養(yǎng)殖戶幾乎難以精確掌握最能滿足養(yǎng)殖對(duì)象需求的投飼水平。因此，國內(nèi)諸多專家和企業(yè)正試圖實(shí)現(xiàn)投飼系統(tǒng)的智能控制。這類投飼系統(tǒng)大多以PLC為核心，例如胡昱和郭根喜研發(fā)的基于PLC的深水網(wǎng)箱自動(dòng)投餌系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過繼電接觸器來控制各個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)停止、動(dòng)態(tài)定時(shí)、定點(diǎn)以及定量的投飼，實(shí)現(xiàn)精確投飼［15］。趙思琪和丁為民研發(fā)的基于模糊邏輯控制的魚塘養(yǎng)殖精準(zhǔn)投飼系統(tǒng)［16］，該系統(tǒng)通過水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取水體水質(zhì)參數(shù)，再根據(jù)投飼決策模型計(jì)算出投飼量，完成精確投飼作業(yè)。此類投餌裝置較為智能化，具備較高精度，但設(shè)計(jì)復(fù)雜、價(jià)格高、適應(yīng)面窄，對(duì)于我國不同地域以及不同種類養(yǎng)殖對(duì)象無法做到絕對(duì)適配，缺少囊括不同水體水質(zhì)狀況與不同水產(chǎn)生物生長(zhǎng)特征的投喂數(shù)據(jù)庫，不能普及使用。較為簡(jiǎn)單的自動(dòng)投餌設(shè)備有洪揚(yáng)、陳曉龍研發(fā)的蟹、蝦養(yǎng)殖池塘移動(dòng)投飼裝置［17］，該裝置可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走投飼，具有投飼均勻、投飼范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。劉思、羅艷媚、俞國燕研發(fā)的軌道式自動(dòng)投飼系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、投飼均勻、精確度高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)上料、行走、投飼于一體的定點(diǎn)、定時(shí)、定量全自動(dòng)化飼料投喂，且運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)查詢等功能［18］。此類投餌裝置雖然實(shí)現(xiàn)了投喂的高精度與自動(dòng)化，但在智能化程度上有所欠缺，沒有線上的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)反饋，不利于總結(jié)最適合養(yǎng)殖對(duì)象的養(yǎng)殖投喂數(shù)據(jù)。

2國外投餌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

國外的自動(dòng)投餌機(jī)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖，如今已發(fā)展成為室內(nèi)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的大型自動(dòng)投飼系統(tǒng)，其中包括多單體集中控制式自動(dòng)投喂系統(tǒng)以及自動(dòng)投飼機(jī)器人系統(tǒng)［3］。自動(dòng)投飼系統(tǒng)在挪威、德國、美國等發(fā)達(dá)國家皆普遍適用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖，在飼料傳運(yùn)、儲(chǔ)存和投放等多個(gè)環(huán)節(jié)都保證著相當(dāng)精確的數(shù)量控制［19］，如圖4所示。適用于陸基養(yǎng)殖工廠、大網(wǎng)箱、魚苗孵化場(chǎng)的自動(dòng)投飼系統(tǒng)被加拿大相關(guān)企業(yè)成功研發(fā)問世，此類系統(tǒng)針對(duì)部分養(yǎng)殖對(duì)象開發(fā)出不同的投飼控制軟件［3］，實(shí)現(xiàn)高精度控制與數(shù)據(jù)分析智能養(yǎng)殖。目前世界上深水網(wǎng)箱的自動(dòng)投飼系統(tǒng)中使用最多的模式之一為美國企業(yè)研制出的專為深水網(wǎng)箱設(shè)計(jì)的具有高精確性、高可靠性、大容量的投喂管理系統(tǒng)。芬蘭相關(guān)企業(yè)研發(fā)的機(jī)器人投飼系統(tǒng)則主要針對(duì)陸基養(yǎng)殖，這套系統(tǒng)由小型漏斗形投飼單元組成，這些投飼單元沿著養(yǎng)殖池上方的軌道移動(dòng)在各個(gè)養(yǎng)殖池之間。系統(tǒng)通過中心計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人操作，池與池之間設(shè)置不同的投飼程序［4］。日本機(jī)械制造企業(yè)研發(fā)的自動(dòng)投飼系統(tǒng)施行小料倉投喂模式，在各個(gè)深水網(wǎng)箱上方懸掛小型料倉，各料倉通過計(jì)算機(jī)和控制面板控制投料，多個(gè)料倉也可以進(jìn)行集中控制，還可以通過手機(jī)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控［5］。挪威漁業(yè)裝備企業(yè)研制的自動(dòng)投飼系統(tǒng)由管理系統(tǒng)直接控制風(fēng)機(jī)與下料器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)出料量，同時(shí)控制在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并接收在線系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，主要包括各傳感器測(cè)量的pH、含氧量、溫度等水質(zhì)參數(shù)［6］，其投喂系統(tǒng)如圖5所示。國外的自動(dòng)投飼系統(tǒng)已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)的單體自動(dòng)飼料機(jī)，形成了高智能化的自動(dòng)投飼養(yǎng)殖系統(tǒng)，適用于高標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)殖對(duì)象，建立高指標(biāo)的養(yǎng)殖要求，成本和技術(shù)需求較高，適用范圍較小。這類投飼系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其控制軟件的優(yōu)劣，而我國的大部分養(yǎng)殖對(duì)象的價(jià)值較低，并不適用這類高端軟件的開發(fā)與使用。因此，此類高智能化養(yǎng)殖系統(tǒng)的建立，需要擴(kuò)大我國優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖規(guī)模。

3結(jié)論與展望

我國目前的養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖環(huán)境決定了還不能應(yīng)用先進(jìn)的智能投飼系統(tǒng)。許多小型養(yǎng)殖戶在魚塘中還是只能使用小型的電力自動(dòng)投餌機(jī)。而在海洋牧場(chǎng)中，尤其是在遠(yuǎn)離海岸的養(yǎng)殖區(qū)，沒有電力供應(yīng)，養(yǎng)殖戶依然采用人工投喂，如果遇到風(fēng)浪或陰雨天，投喂難度成倍增加，既威脅養(yǎng)殖戶人身安全又影響投喂效果，降低了收益。對(duì)此，自動(dòng)投餌機(jī)在未來的首要發(fā)展方向?yàn)榫邆湟欢煽啃缘那鍧嵞茉赐娥D機(jī)，輔以高精密度的智能投飼控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，并反饋魚類生長(zhǎng)狀況，自動(dòng)定時(shí)定量投喂，做到真正的智能投飼、科學(xué)養(yǎng)殖。而且在投飼系統(tǒng)的組成方面可采用模塊化設(shè)計(jì)，投餌機(jī)機(jī)械本體模塊、中央控制裝置模塊、客戶端模塊等單獨(dú)設(shè)計(jì)，單獨(dú)選購，通過模塊組裝做到適應(yīng)各種水體環(huán)境、適合多種養(yǎng)殖對(duì)象、適用不同養(yǎng)殖群體的全類型智能投飼系統(tǒng)。

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作者：于澤 姜忠愛 張靖鐸 肖冰峰 曹其政 顧宗文 單位：大連海洋大學(xué)